图是简易电动门式起重机的结构示意图。简易电动门式起重机架在一个水槽式的工作台上。MN为质量可以不计、长为4m的横粱,行走装置可以把从水中提起的重物在横梁上左右移动。提升电动机通过钢丝绳和滑轮组提起 重物,滑轮组的结构如图所示,求:
(1)当使用该装置将体积V为0. 2m3,质量m1是0.5t的重物从水中匀速提至重物上表面刚好与水而相平时(假设再物与水槽底不接触,钢丝绳重和轮、轴间摩擦不计,水的阻力不计)滑轮组的机械效率η1是80%。重物受到的浮力F浮和动滑轮的重力G动分别是多少?
(2)重物离开水面后该装置将重物以v是0.1 m/s的速度匀速竖直向上提升1 m,滑轮组的机械效率η2 和电动机拉动钢丝绳的功率P分别是多少?
(3)若行走装置和提升电动 机及定滑轮的总质量m2是0.2 t,行走装置使提出水面的重物沿横梁从中点A向N移动1m到B 点,以M点为轴,N点向上的支持力的改变量ΔF是多少?(g取10 N/kg,机械效率百分号前保留两位有效数字)
解:
(1)重物受到的浮力F浮,F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3 =2×103N.
动滑轮的重力G动,
G动=750N;
(2)滑轮组的机械效率η2,
电动机拉动钢丝绳的功:W总=W有+ W额外=(m1g+G动)h'
电动机拉动钢丝绳的功率
P= (0.5×103kg×10N/kg +750 N)×0.1 m/s =575W;
(3)行走装置在A点时,N点处的支持力F,
根据杠杆平衡条件可得:(m1+m2+m动)g·MA=F·MN
(0.5×103kg +0.2×103 kg +75 kg)×10 N/kg×2m =F×4m
F=3 875 N.
行走装置在B点时,N点处的支持力F',
同理:(m1+ m2+ m动)g.MB=F'.MN
(0.5×103kg +0.2×103 kg +75 kg)×10 N/kg×3m=F'×4 m
F'=5 812.5 N
∴N点向上的支持力改变量:ΔF =1 937.5N。
(其它解法正确也可)